Ergebnisse der Exakten Naturwissenschaften

457 Pages·1951·10.957 MB·German

by  C. Hoffmeister (auth.)

ERGEBNISSE DER EXAKTEN
NATURWISSEN SCHAFTEN
NEBEGEGSUAREH NOV
S. FLUGGE DNU F. TRENDELENBURG
UNTER MITWIRKUNG VON
W. BOTHE .F HUND .P HARTECK
VIERUNDZWANZIGSTER BAND
MIT 232 ABBILDUNGEN
BERLIN • GOTTINGEN • HEIDELBERG
SPRINGER-VERLAG
1951
ALLE RECHTE, INSBESONDERE DAS DER ~BERSETZUNG IN'FREMDE SPRACHEN,
VORBEHALTEN.
COPYRIGHT 159~ BY SPRINGER-VERLAG, BERLIN, GOTTINGEN AND HEIDELBERG.
PRINTED IN GERMANY.
Inhaltsverzeichnis.
etieS
Hoffmeister, Professor Dr. C., Sonneberg.
Spezifische Leuch£vorg~nge im Bereichd er mittleren Ionosphere. Mit
28 Abbildungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Raether, Professor Dr. H., Hamburg.
Elektroneninterferenzen und ihre Anwendung. Mit 53 Abbildungen 54
Hosemann, Dr. R., Berlin.
Die Erforschung der Struktur hochmolekularer und kolloider Stoffe
mittels Kleinwinkelstreuung. Mit 65 Abbildungen . . . . . . . . 241
Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443
Koch, Dr. B., lieVv" a. Rhein.
Experimentelle Grundlagen der Spektroskopie des Zentimeter- und
Millimetergebietes. Mit 14 Abbildungen . . . . . . . . . . . . . 222
Maier, Dozent Dr. W., Freiburg i. Br.
Die Mikrowellenspektren molekularer Gase und ihre Auswertung.
Mit 28 Abbildungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Faessler, Professor Dr. A., Freiburg i. Br.
Spektroskopie der Gammastrahlen mit Krystallgittern. Mit 7 t Ab-
bildungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l 37
M~Lhly, Dr. Hans J., Zfirich.
Die gen~her~e Berechnung yon Eigenwerten elastischer Schwingungen
anisotroper K6rper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4o2
Inhalt der Bgnde XI--XXIV.
I. Namenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
II. Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448

]£rgebnisse der exakten Naturwissenschaften, Bd. XXIV, S. 1--53 (t951).
Spezifische Leuchtvorg inge im Bereich der
mittleren Ionosph ire.
Von
C. HOFFMEISTER.
Mit 82 Abbildungen.
Inhaltsverzeichnis.
A. Einleitung
I. Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
II. Historischer Rfickblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
B. Beschreibender Teil
III. Die Erscheinungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1. Anblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
a. Helligkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3. Ver~nderungen und Bewegungen . . . . . . . . . . . . . 5
4. Ort am I-limmel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5. ~uBere Beziehungen zum normalen Nachthimmellicht . . . . 6
IV. Abgrenzung gegen andere Leuchtvorg~nge . . . . " . . . . . . 6
V. Statistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1. Zeitliche Verteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
a) J/~hrlicher Gang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
b) Tagliche Variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
c) Lang~periodische Variationen . . . . . . . . . . . . . . 9
2. Trennung nach Formen . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3. Statistikder Gesamtzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . lo
VI. H6hen der Leuchtschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . it
1. Streifenformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . z 1
2. Diffuse Schichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . t3
VII. Spektrum und Farbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . t5
VIII. Erdmagnetische Beziehungen . . . . . . . . . . . . . . . . 2o
1. Normales Nachthimmellicht . . . . . . . . . . . . . . . 2o
2. Erhellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 t
IX. Beziehungen zu Erscheinungen der Ionosph/ire . . . . . . . . 22
t. Statistische Beziehungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2. Vergleichungvon Einzelf~illen . . . . . . . . . . . . . . . 24
3. UV-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
C. Erkl~render Teil
X. Beziehungen zu Meteorstr6men . . . . . . . . . . . . . . . 25
XI. Staubeinbriiche als Ursache. . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1. Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2. Die Frage der Teilchengr6Be und die Rolle des Strahlungsdrucks 28
3- Bedingungen fiir die Entstehung eines kometarischen Staub-
stromes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Ergebaisse der exakten Naturwissenschaften. XXIV. l
C. HOFF~EISTER:
4. Verhalten der 1Viikrometeoritein der Hochatmosph~,re . . . . . 31
5- Bildung station~rer Schichten . . . . . . . . . . . . . . . 34
6. Der LeuchtprozeB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7- lq'atrium in der I-lochatmosph~,re . . . . . . . . . . . . . 37
xn. Die Str6mungen der Ilochatmosphiire und ihre Bedeutung riff
das Ph~nomen der Leuchtstreifen . . . . . . . . . . . . . . 38
1. Untersuchung der Str6mungsverh~ltnisse . . . . . . . . . . 38
z. Die StreifeuIormen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ° 4
XIII. Weitere Anwenduugen der Theorie . . . . . . . . . . . . . 41
1. Deutung des jXhrllchen Gangs . . . . . . . . . . . . . . 41
2. Anwendung auf die ,,Leuchtendeu Nachtwolken" . . . . . . 43
3. T~gliche Variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4. Beziehungen zu Ionosphere und Erdmagnetismus . . . . . . 44
Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Anhang: Photographische Auf(cid:127)ahmen typischer Erscheinungen . . . . . . 49
,,The exhalations whizzing in the air
Give so much light that I may read by" them."
Wm. Shakespeare, Julius Caesar, 2. Akt 1. $zene.
.A Einleitung.
I. Vorbemerkunp,.
Die folgenden Ausffihrungen betreffen eine Erscheinung, die, ob-
gleich seit langer Zeit bekannt, yon der Forschung und in der Literatur
fast gi116v vernachlAssigt worden ist. Die Griinde sind mehrfacher Art:
Erstens handelt es sich um ein ausgesprochenes Grenzgebiet der Aero-
logie, Astronomie und Ionosph~irenforschung, und zweitens sind die in
Betracht kommenden Erscheinungen schwer zugiinglich, d.h. an sich
schon nicht leicht zu beobachten und dartiber hinaus fiidri e Erforschung
schwer angreifbar. Es kommt hinzu, dab Verwechlungen mit dem
Polaflicht leicht m6glich sind, und wenna uch schon frtihere Autoren sehr
sicher erkannt batten, dab die Erscheinungenv om Polarlicht grunds~tz-
lich verschieden sind, so hat sich diese Auffassung doch hie recht durch-
setzen k6nnen. Nachdem der Verfasser diese Erscheinungen seit 25Jahren
planmABig beobachtet hat, h~lt er die Zeit f~r gekommen, einen zusam-
menfassenden Bericht vorzulegen, zumal weder er noch andere Autoren
bisher mit einiger VollstAndigkeit das Gebiet behandelt haben. Dies mag
erkl~ren, warum vofliegende Arbeit eine st~rkere pers6nliche F~rbung
tr~gt als dies sonst bei derartigen Referaten der Fall zu sein pflegt.
Auch in diesem Bericht tritt der Charakter als Grenzgebiet deutlich
hervor. Ja, es gibt kaum ein anderes Gebiet der exakten Naturwissen-
schaften, auf dem so viele Forscher verschiedenster Richtung beteiligt
sind als dieses, dessen Schauplatz an der Grenze zwischen Erde und Welt-
raum liegt, den Einwirkungen yon beiden Seiten her ausgesetzt und die
Heranziehung verschiedenster Disziplinen der Physik erfordernd. oS soil
es nicht zuletzt die Aufgabe dieser Darstellung sein, divergierende For-
schungsrichtungen auf ein gemeinsames Ziel hinzulenken.
Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften, Bd. XXIV, $. 1--53 (195x).
Spezifische Leuchtvor#inge im Bereich der
mittleren Ionosph ire.
Von
C. HOFFMEISTER.
Mit 82 Abbildungen.
Inhaltsverzeichnis.
A. Einleitung
I. Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
II. Historischer t{tickblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
.B~ t3eschreibender Teil
III. Die /~rscheinungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
I. Anblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2. Helligkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3. VcrRnderungen und Bewegungen . . . . . . . . . . . . . 5
4. Ort am t-limmel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5. AuBere Beziehungen zum normalen Nachthimmellicht . . . . 6
IV. Abgrenzung gegen andere LeuchtvorgAnge . . . . " . . . . . . 6
V. Statistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
x. Zeitliche Verteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
a) Jahrlicher Gang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
b) Thgliche Variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
e) Langperiodische Variationen . . . . . . . . . . . . . . 9
2. Trennung nach Formen . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3- Statistikder Gesamtzahl . . . . . . . . . . . . . . . . . lo
VI. H6hen der Leuchtschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2. Streifenformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I 1
2. Diffuse Schichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
VII. Spektrum und Farbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
VIII. Erdmagnetische Beziehungen . . . . . . . . . . . . . . . . 2o
1. 2r Nachthimmellicht . . . . . . . . . . . . . . . zo
z. Erhellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
IX. Beziehungen zu Ersckeinungen der IonosphAre . . . . . . . . 2_0
1. Statistische Beziehungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2. Vergleichungvon EinzelfMlen . . . . . . . . . . . . . . . 24
3. UV-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
(3. Erkl~render Tell
X. Beziehungen zu Meteorstr6men . . . . . . . . . . . . . . . 25
XI. Staubeinbrfiche als Ursache . . ' . . . . . . . . . . . . . . . 27
1. Allgemeine Betrachtungen . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2. Die Frage der Teilchengr613e und die Rolle des Strahlungsdrucks 28
3- Bedingungen far die Entstehung eines kometarischen Staub-
stromes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2~
Ergebnisse der exakten ~atm~visseasehaften. XXIV. 1
2 C, HOFFMEISTER:
4. Verhalten der Mikrometeorite in der HochatmosphAre . . . . . 31
5- Bildung stationttrer Sehichten . . . . . . . . . . . . . . . 34
6. Der Leuchtprozel3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7- Natrium in der,I-lochatmosphAre . . . . . . . . . . . . . 37
XII. Die StrOmungen der ttochatmosph~re und ihre Bedeutung fiir
das Phanomen der Leuchtstreifen . . . . . . . . . . . . . . 38
1. Untersuchung der StrSmungsverhfiltnisse . . . . . . . . . . 38
2. Die Streifenformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 ~
XIII. Weitere Anwendungen der Theorie . . . . . . . . . . . . . 41
1. Deutung des j~hrlichen Gangs . . . . . . . . . . . . . . 41
2. Anwendung au~ die ,,Leuchtenden Nachtwolke~" . . . . . . 43
3. T~gliche Variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4. Beziehunger~ zu Ionosphere und Erdmagnetismus . . . . . . 44
Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Anhang: PhotograpfischeAufnahmentypischer Erscheinungen . . . . . . 49
,,The exhalations whizzing in the air
Give so much light that I may read by them."
Wm. Shakespeare, Julius Caesar, 2. Akt 1. Szene.
A. Einleitung.
I. Vorbemerkung.
Die folgenden Ausffihrungen betreffen eine Erscheinung, die, ob-
gleich seit langer Zeit bekannt, yon der Forschung und in der Literatur
fast gi116v vernachlAssigt worden ist. Die Griinde sind mehrfacher Art:
Erstens handelt es sich um ein ausgesprochenes Grenzgebiet der Aero-
logie, Astronomie und Ionosphiirenforschung, und zweitens sind die in
Betracht kommenden Erscheinungen schwer zug~nglich, d.h. an sich
schon nicht leicht zu beobachten und darfiber hinaus ffir die Erforschung
schwer angreifbar. Es kommt hinzu, dab Verwechlungen mit dem
Polarlicht leicht m6glich sind, und wenn auch schon frtihere Autoren sehr
sicher erkannt hatten, dab die Erscheinungen vom Polarlicht grunds~tz-
lich verschieden sind, so hat sich diese Auffassung doch hie recht durch-
setzen k6nnen. Nachdem der Verfasser diese Erscheinungen seit 52 Jahren
gi31~mnalp beobachtet hat, hfilt er die Zeit ffir gekommen, einen zusam-
menfassenden Bericht vorzulegen, zumal weder er noch andere Autoren
bisher mit einiger Vollstfindigkeit das Gebiet behandelt haben. Dies mag
erkl~ren, warum vorliegende Arbeit eine stiirkere pers6nliche F~rbung
triigt als dies sonst bei derartigen Referaten der Fall zu sein pflegt.
Auch in diesem Bericht tritt der Charakter als Grenzgebiet deutlich
hervor. Ja, es gibt kaum ein anderes Gebiet der exakten Naturwissen-
schaften, auf dem so viele Forscher verschiedenster Richtung beteiligt
sind als dieses, dessen Schauplatz an der Grenze zwischen Erde und Welt-
raum liegt, den Einwirkungen von beiden Seiten her ausgesetzt und die
tteranziehung verschiedenster Disziplinen der Physik erfordernd. So soil
es nicht zuletzt die Aufgabe dieser Darstellung sein, divergierende For-
schungsrichtungen auf ein gemeinsames Ziel hinzulenken.
Spezifische Leuchtvorg~nge im Bereich der mlttleren Ionosphlire. 3
II. Historischer Riickblick.
Seit sehr langer Zeit ist die Erscheinung des Hellen Nachthimmels be-
kannt. Auch das diesen Ausffihrungen vorangestellte Zitat yon Shake-
speare darf wohl so gedeutet werden, dab dem Dichter das gelegentliche
Auftreten abnorm heller N~ichte vertraut war .1 In der wissenschaftlichen
Literatur sind die Angaben fiber diesen Gegenstand sehr zerstreut und
zum Teil schwer zug~inglich. Einige Beispiele seien hier angefiihrt:
J. TDIMI-ICS in Athen erw&hnt in seinen Sternschnuppen-Beobaehtungen
9( o) drei F~flle, 1853 Aug. 5, 1855 Nov. 21 und 1861 Aug. 2. Der zweite
Fall betrifft eine allgemeine diffuse Erhellung, die beiden anderen sind
mit dem Ausdruck ,,phosphorische Streifen" gekennzeichnet. LEUNAM
M. ADq2ARIM V NORRAM in Mexico City widmet in seiner Monographie
des Meteorstroms der Leoniden (74) einen Abschnitt den ,pseudo-auroras
boreales" und beschreibt eine Reihe yon F/illen aus den Jahren 1789,
1833 und 1866, wobei gleichzeitig mit dem Auftreten der Meteore der
Himmel ganz oder teilweise diffus erhellt war. Sehr charakteristisch ist
z. B. die Beobachtung yon REMLAP in New Haven 1833, wonach ein r6t-
lieher Dunst sich zuerst am sfidlichen Horizont zeigte, allmAhlich bis zum
Zenit emporstieg und, obgleich ganz durchsichtig, die schwiicheren Sterne
unsichtbar machte. Auch bei dem grol3en Sternschnuppenfall vom
27. November 1885 (Andromediden, Komet Biela) ist eine diffuse Er-
hellung des Himmels bemerkt worden. (8o, 37) Eine Reihe ~ilterer Be-
obachtungen, haupts~chlich aus der Schweiz, hat J. RERUAM zusammen-
gestellt (73). In ziemlich grol3er Anzahl findet man Hinweise in den
Jahresberichten der Polarlicht-Section der British Astronomical Asso-
ciation (62), obgleich die Scheidung von echten Polaflichtern hier kaum
m6glich ist. In diesenBerichtenistauch gelegentlich derAusdruck,,Non-
Polar Aurorae", d. h, Polaflichter ohne erdmagnetische Begleiterschei-
nungen, gebraucht..In Deutschland hat XAM WOLF auf dem K6nigstuhl
bei Heidelberg (111) den Erscheinungen des Hellen Nachthimmels Be-
achtung geschenkt. A. M. SKELLETT (93) erw~ihnt eine yon SILLAHC (11)
im Zusammenhang mit den Leoniden am .31 Nov. 1866 beobachtete all-
gemeine Erhellung des Himmels und schreibt darfiber: ,,According to his
observations and those of his assistants it was of the same appearance as
the auroral light but was never accompanied by streamers. The earth's
magnetic field as recorded at Greenwich was unusually quiet during the
night." DaB die Erscheinung jedoch nicht an das Auftreten dichter
Meteorstr6me gebunden ist, beweist eine ganze Reihe iilterer Aufzeich-
nungen, so z. B. die Beschreibung yon Streifenfiichern in den Berichten
von XAM WOLF 1899 Aug. 3 ~ und Sep. 2 (112) und 19o 4 Juli lO (1J3), die
der Autor mit groBen Meteoren in Zusammenhang bringt, ferner Be-
obachtungen von G. LANDwEHR (7 )O 1908 Sep. 4 und 20. Bereits im
Jahre 1874/iuBert W. F6RSTER (28) die Meinung, dab unter dem Begriff
der Polaflichter bis dahin offenbar zwei ihrem Wesen nach verschiedene
1 DaB Shakespeare ein guter Naturbcobachter war, bcweist auch die tref-
1ende Schilderung der elektrischen Glimmcntladungen (ElrnsfeueI) bei einem
M~rzgewitter im 1. Akt yon ,, Julius Caesar".
l*
4 C. HOFFMEISTER :
Erscheinungen zusammengefal3t worden seien, und es ist interessant,
dieser alten Darstellung eine 13emerkung yon W. .3 ,~AMSUOH dem
Leiter der Polaflicht-Section der British Astronomical Association vom
Jahre 193o gegenfiberzustellen )36( : ,,If these luminous skies are of Auro-
ral origin they would seem to suggest that Auroral displays belong to two
classes, those that are active with arches, and streamers in visible move-
ment, and those that are quiescent with luminous clouds and bands of
light that are either stationary or move exceedingly slowly."
In diesem Zusammenhang sind auch die Erscheinungen zu erw/ihnen,
die unmittelbar nach dem groBen sibirischen Meteoritenfall yore .03 Juni
i908 auftraten. Indessen lassen die Beschreibungen eher an Leuchtende
Nachtwolken und eine D~mmerungs-Anomalie, demnach an sonnen-
beleuchtete Staubrnassen denken.
Der Verfasser dieses Berichts wurde zuerst dutch eine Erscheinung
vom 24. Dezember J 926, beobachtet auf der Sternwarte zu 13amberg, auf
den Gegenstand aufmerksam; eine mehr planm~il3ige beobachterische
Verfolgung wurde jedoch dutch die sehr bemerkenswerte, in Heidelberg
und Sonneberg beobachtete Erscheinung a921 Aug. 8 veranlal3t (4x, Ix4).
Einheitliche Bearbeitung wurde erst m6glich durch die Errichtung der
Sternwarte Sonneberg als 13ergstation gegen Ende 1925. Das Beobach-
tungsmaterial ist bis zum Jahre 1945 ver6ffentlicht (42).
B. Beschreibender Teil.
III. Die Erscheinungen.
1. Anblick. Man kann nach/iul3erlichen Kennzeichen folgende vier
Formen der Erhellungen unterscheiden:
.1 Diffuse Erhellung des gesamten Himmels.
.2 Segmentartige Erhellungen am ttorizont.
: 3. Streifenf6rmige Erscheinungen.
4. C haotische Erscheinungen.
Die dritte Gruppe ist die h~iufigste, besonders wenn man berfick-
sichtigt, dab die zweite Gruppe vielfach mit ihr identisch ist und der
Unterschied nur darin besteht, dal3 sehr ferne Streifenfelder jenen
segmentartigen Eindruck hervorrufen. Die vierte Gruppe dfirfte aus der
dritten einfach durch atmosph~irische Turbulenz hervorgehen. Dagegen
scheint nach neuesten Ergebnissen unter den Erhellungen der ersten
Gruppe mindestens ein Tell zu sein, bei dem die Anregungsbedingungen
wesentlich anders sind. N~iheres darfiber wird in dem Abschnitt fiber das
Spektrum der Erhellungen mitgeteilt.
Die vorstehende (2bersicht rechtfertigt es, ftir den gesamten Er-
scheinungskomplex den Namen Leuchtstreifen zu gebrauchen (44).
2. Helligkeit. Ffir die Sichtbarkeit kommt weniger die absolute
Helligkeit als vielmehr der Kontrast gegen den I-Iimmelsgrund in -e31
tracht. Ersehwert wird die ~rkennung oft dadurch, dab der gesamte
Grund diffus aufgehellt ist. Diese Erhellung kann so stark sein, dab es